12 Exploiter les projections hydrologiques sur le territoire

Le grimoire Explore2 semble gagner en épaisseur au fur et à mesure que vous prenez consience de la somme d’informations qu’il contient sur les futurs de l’eau. Vous sentez que vous n’êtes plus très loin de la fin de votre quête, mais un pas important reste à franchir. Comment manipuler cette masse d’informations et de données pour en tirer les conclusions fines auxquelles vous aspirez sur votre territoire ? Vous savez toutefois qu’étant données les incertitudes sur ce que sera le climat et l’hydrologie de demain, toute volonté de préciser le troisième chiffre après la virgule ne vous amèneront qu’à cette page.

Vous avez cependant besoin d’ordre de grandeur des possibles sur vore territoire, et pourquoi pas, de scénarios extrêmes pour savoir à quoi se préparer à l’avenir. Vous revenez donc sur le portail Drias-Eau et vous entrez dans l’espace Données et produits.

12.1 L’espace Données et produits du portail DRIAS-Eau

Vous arrivez, après avoir rentré les codes secrets dans les cases et appuyé sur la case Entrez.. – et non la touche Entrée de votre clavier, cela ne fonctionne pas –, vous vous retrouvez dans une pièce qui vous semble familière (Figure 12.1).

Figure 12.1: Page d’accueil de l’espace Données et produits du portail DRIAS les futurs de l’eau.

Cette pièce ressemble comme deux gouttes d’eau à celle – Figure 10.1 – depuis laquelle vous avez déjà récupéré les fichiers de projections climatiques. Et toujours les mêmes deux portes, dont celle marquée Sélection personnalisée qui vous mène encore une fois nulle part… Vous ouvrez donc la porte Accès simplifié (domaine complet). Vous arrivez dans un couloir avec deux portes l’une en face de l’autre sur lesquelles sont marquées respectivement Hydrologie de surface et Hydrologie souterraine. Vous comprenez rapidement que derrière ces portes se trouvent les projections hydrologiques des modèles de surface et souterrains. Curieux, vous ouvrez les deux portes à la fois tout en restant dans le couloir principal. Chacune des deux portes ouvre sur un couloir avec là encore des inscriptions. Dans les deux couloirs vous notez la présence des inscriptions suivantes : Données – avec forçages corrigés avec ADAMONT et Données – avec forçages corrigés par CDF-t. Vous retrouvez ici la distinction entre les 2 méthodes de correction de biais.

Les chroniques journalières

Derrière ces portes commençant par <<Données>> se trouvent, enfin, l’accès au Graal tant recherché : les données des projections hydrologiques du projet Explore2, juste là, sur des étagères.

Vous vous rappelez à ce moment-là la mésaventure que vous a contée l’aventurier des forges de Pyrène rencontré plus tôt dans la taverne. Cet aventurier avait tenté d’utiliser ce qui se trouve sur la première étagère et intitulé Données EXPLORE2-SIM2 2021. Cette potion, déposée là au tout début du projet Explore2, s’est malheureusement révélée déficiente, et l’a empéché d’aller au bout de sa quête. Vous évitez donc soigneusement cette potion et passez aux suivantes.

Vous tendez donc la main vers l’étagère suivante où se trouve la version la plus récente du modèle SIM2 : SIM2-2024. Vous l’ouvrez, et l’effluve vous ouvre l’esprit vers un tableau rempli de cases à cocher, comme dans DRIAS-Climat.

Figure 12.2: Interface d’accès aux projections hydrologiques journalières France entière.

Il y a comme précédemment 17 lignes, représentant les 17 couples de GCM/RCM. Mais les colonnes sont différentes. Le premier bloc est toujours là, mais le second, toujours intitulé Paramètres, contient les variables hydrologiques modélisées. On y retrouve le débit, mais aussi d’autres que vous parvenez à traduire avec peine, et transcrivez vos efforts sur la Table ci-dessous. Ces variables supplémentaires sont disponibles seulement pour certains modèles d’hydrologie de surface, à savoir SIM2-2024, ORCHIDEE et C-TRIP. Plus d’informations peuvent être trouvées sur une page dédiée de l’espace Acompagnement.

Table 12.1: Dictionnaire bilingue des variables hydrologiques modélisées.
Nom dans cette contrée	Traduction dans votre langue
debit	débit (oui, il s’agit bien de ça)
DRAINC	Flux vertical d’eau depuis le sol superficiel (Drainage)
EVAPC	Evaporation réelle (et non potentielle)
RUNOFFC	Ecoulement de surface
SWE	Equivalent en eau du manteau neigeux (Snow Water Equivalent)
SWI	Indice d’humidité du sol (Soil Wetness Index)

Pour chaque ligne, il vous faut sélectionner à la fois un scénario et un paramètre pour voir apparaître en bas de page un lien de téléchargement d’un fichier netcdf, comme pour DRIAS-Climat. Si dans votre quête vous n’avez pas encore croisé de fichiers netcdf, alors rendez-vous plus bas.

À noter que l’ensemble des fichiers est aussi disponible sur le dataverse Explore2 via le fichier URL_DRIAS.tab qui contient une liste de liens. Ces liens pointent aux mêmes endroits que l’espace Données et produits du portail DRIAS-Eau.

Les chroniques annuelles d’indicateurs

Cette exploration des étagères bien rangées dans les salles dont les noms commenencent par << Données >> a été très enrichissante. Mais avez-vous besoin dans votre quête du pas de temps journalier sur des chroniques de 130 ans ? La question se pose d’autant plus intensément que le grimoire Explore2 vous propose juste à côté, toujours dans le couloir Hydrologie de surface, des portes supplémentaires sur lesquelles sont marquées Indicateurs – sur données corrigées par ADAMONT et Indicateurs – sur données corrigées par CDF-t. Vous découvrez que ces deux portes ouvrent sur des chroniques d’indicateurs dont les noms vous sont familiers, mêmes s’ils paraissent barbares au premier abord : QJXA, QMNA, QA, ou encore VCN10… Tous ces indicateurs, que vous découvrez sur la Figure 12.3, sont des synthèses statistiques des chroniques journalières de base.

Figure 12.3: Interface d’accès aux chroniques d’indicateurs hydrologiques France entière.

Les rédacteurs du grimoire Explore2, et notamment un héros de vos connaissances, vous offrent ainsi des jeux de données prétraités sur les variables principales d’intérêt pour la gestion de l’eau, au travers de chroniques principalement annuelles sur l’ensemble de la période modélisées, à savoir 1976-2100. Il est ainsi possible à travers ces projections d’indicateurs d’accéder directement à une information utilisable sur l’évolution des débits moyens, d’étiage ou de crue, et cela pour chacune des projections hydrologiques Explore2.

À ce jour ( 07 février 2025), tous les indicateurs calculés ne sont malheureusement pas disponibles sur le portail DRIAS-Eau. L’avenir nous dira si des indicateurs supplémentaires peuvent être mis à disposition via ce portail ou via un autre medium.
Les fichiers d’indicateurs sont d’un seul tenant par projection, sur l’ensemble de la période 1976-2100, au contraire des fichiers de données brutes qui sont scindés en une periode historique (1976-2005) et une période scénario (2006-2100).

En pratique, cette fois-ci, il vous faut tout d’abord choisir un scénario d’émissions, puis fouiller dans les étagères remplies de potions toutes différentes, calculées sur l’année, la saison ou encore le mois. Vous obtenez ensuite une liste de liens vers des netcdf zippés qui regroupent, pour chacun des modèles hydrologiques, l’ensemble des projections climatiques qu’il a utilisé. Le tout au format netcdf.

Ces projections d’indicateurs ne sont disponibles que pour un peu plus de 2000 stations sur lesquelles au moins 4 modèles hydrologiques ont produit des simulations. Ce jeu de stations est le même qui a servi pour la rédaction des fiches stations (fiches résultats et fiches incertitudes). Cette restriction provient de la nécessité de pouvoir considérer les résultats de plusieurs modèles hydrologiques qui ont chacun leurs spécificités, comme vous allez le voir plus bas.

Et l’hydrologie souterraine?

En revenant sur vos pas, à l’entrée de l’espace Donnés et produits, vous entrez dans le couloir Hydrologie souterraine, et vous trouvez les deux mêmes portes que pour l’hydrologie de surface : Données – avec forçages corrigés avec ADAMONT et Données – avec forçages corrigés par CDF-t.

Figure 12.4: Interface d’accès aux chroniques des projections d’hydrologie souterraine France entière.

Dans les salles correspondantes, vous trouvez des étagères similaires, mais des Paramètres à choisir différents :

pour les modèles AQUI-FR et MONA, les résultats peuvent être téléchargés au niveau des stations piézométriques simulées, ou bien sur la grille complète de simulation de chaque modèle sur les territoires concernés. Le choix s’effectuera donc selon vos besoins ;
pour le modèle EROS, les résultats sont disponibles ax stations piézométriques simulées ;
et enfin pour le modèle Recharge, les résultats sont disponible sur la France hexagonale, sur la même grille à résolution 8 km que les projections climatiques.

Pour parvenir à faire sens de tous ces chiffres, il vous faut maitriser l’incantation des fichiers netcdf. Voyons ce que vous pouvez trouver dans le grimoire Explore2 là-dessus.

12.2 Lire les fichiers netcdf

L’encadré suivant est une feuille volante qu’une précédente aventurière avait gribouillée lors d’un passage dans un monastère parisien. Cette aventurière avait ainsi retranscrit les prêches – aussi appelées Sesssion de formation du projet LIFE Eau&Climat – de plusieurs lettrés qui connaissaient les formules magiques dans le langage R pour ouvrir des fichiers netcdf. Cette simple feuille volante devrait vous apporter la clé pour accéder à l’ensemble des projections de débit Explore2.

Exemple de script R définissant et utilisant une fonction pour extraire la chronique d’une seule station d’un fichier netcdf.


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# Installer le package ncdf4 (à faire une seule fois)
#install.packages('ncdf4')
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#######################################################
# Définir les outils nécessaires (package et fonction)
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# Charger le package ncdf4
library(ncdf4)

# Definir une fonction générant un fichier csv à partir du nom d'un fichier netcdf
# et d'un code station
ecrire_chronj_csv <- function(fichier, code) {
  
  # Ouvrir la connexion au fichier netcdf
  print(fichier)
  nc <- nc_open(fichier)
  
  # Afficher le contenu du fichier (optionnel mais conseillé)
  print(nc)
  
  # Extraire le numéro de la ligne qui correspond au code station
  indice_code <- match(code, ncvar_get(nc, 'code'))
  
  # Extraire la chronique de débit pour ce code station
  debit <- ncvar_get(nc, 'debit', start = c(indice_code, 1), count = c(1, -1))
  
  # Extraire la série correspondante de dates
  date <- ncvar_get(nc, 'time') + as.Date('1950-01-01')
  
  # Fermer la connexion au fichier netcdf
  nc_close(nc)
  
  # Faire un graphe de la chronique de débit en fonction de la date (optionnel)
  #plot(x = date, y = debit, type = 'l')
  
  # Ecrire un fichier .csv avec une colonne "date" et une colonne "debit"
  # avec un nom composé du nom de fichier initial et du code station
  write.csv(file = paste0(fichier, '_', code, '.csv'), data.frame(date, debit))
  
  return(data.frame(date, debit))
}

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# Utiliser la fonction sur un exemple
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# Définir le répertoire du fichier netcdf (à modifier)
repertoire <- "/home/jean-philippe.vidal/work/projets/LIFE_Eau_et_Climat/actions/C5/formation_pratique/manipuler_chroniques_journalieres/series/"

# Définir le nom du fichier netcdf (à modifier)
fichier <- "debit_France_CNRM-CERFACS-CNRM-CM5_historical_r1i1p1_CNRM-ALADIN63_v2_MF-ADAMONT-SAFRAN-1980-2011_MF-SIM2_day_19510801-20050731.nc"
# Définir le code station (à modifier)
code <- "O200001001"

# Exécuter la fonction
ecrire_chronj_csv(paste0(repertoire, fichier), code)

Cette incantation est adaptée à la lecture d’un fichier netcdf d’une chronique journalière de débit, mais peut être simplement adaptée pour des fichiers d’indicateurs, ou bien des ficheirs de niveaux piézométriques.

12.3 Manipuler les données

Vous voilà avec des dizaines et des dizaines de projections hydrologiques, de débit, de hauteur de nappes. Mais comment donner sens à ce vaste ensemble ? Comment l’exploiter ?

12.3.1 Sélectionner les projections hydrologiques

Sur la base du passé

Vous vous rappelez vos interrogations précédentes lors de votre mission première sur :

la sélection de modèles hydrologiques sur la base des variables simulées et de la disponibilité des simulations sur le territoire (voir ici) ;
la sélection de modèles hydrologiques sur la base de leur performance par rapport aux questions posées (voir ici).

Ces réflexions sur la sélection de modèles hydrologiques sur la base du passé sont ainsi un préalable à la sélection de projections hydrologiques, mais il reste à traiter la diversité des réponses des modèles hydrologiques dans le futur

Sur la base du futur

Vous vous remémorez ce qui est écrit dans le grimoire Explore2 sur la sélection de projections climatiques et notamment les 4 narratifs climatiques. Il est donc logique de tout d’abord sélection les projections hydrologiques qui dérivent de ces 4 narratifs.

À noter que les 4 narratifs climatiques colorés ont été définis spécifiquement pour leur diversité en fin de XXI\(^e\) siècle sous scénario RCP8.5. Leur diversité est en revanche loin d’être optimale pour d’autres horizons et sous les autres scénarios d’émissions.

Mais il vous reste encore, pour chacun des 4 narratifs climatiques, à affronter la diversité offerte par les 9 modèles hydrolgiques de surface disponibles. Décidément, il y a de plus en plus de feuilles volantes – certaines semblant être apparues tout récemment – dans le grimoire Explore2 : celle que vous exhumez à présent comporte trois dessins qui vous donnent des indications pour choisir des modèles hydrologiques en fonction de leur (et votre)… pessimisme et optimisme.

Ces figures vous informent sur l’effet propre de chaque modèle sous changement climatique, toutes choses étant égales par ailleurs. Des couleurs brunes indiquent que pour des températures et précipitations égales, le modèle considéré va produire moins d’eau en rivière que les autres. Ces cartes sont ainsi indépendantes de la valeur du signal de changement climatique.

Figure 12.5: Effet propre de chaque modèle hydrologique sur le débit moyen annuel (QA).

Figure 12.6: Effet propre de chaque modèle hydrologique sur le débit mensuel minimal annuel (QMNA).

Figure 12.7: Effet propre de chaque modèle hydrologique sur le débit journalier maximal annuel (QJXA).

Prenons un exemple qui vous parle personnellement : vous vous intéressez aux débits d’étiage, et vous voulez construire des stratégies d’daptation susceptibles de pouvoir vous adapter au pire des scénarios plausibles pour le futur. Alors vous allez regarder la Figure 12.6 et plutôt privilégier les modèles présentant des tons bruns sur votre territoire, et donc les projections hydrologiques de ce smodèles.

Choisir une autre période de référence

À ce moment de votre quête, vous avez toutes les cartes – mais aussi fiches, tableaux, rapports – en main pour finaliser votre quête, qui, il est bon de le rappeler, est de composer le futur des ressources en eau. Mais vous vous posez une dernière question : pourquoi tous les rapports, pourquoi toutes les cartes du grimoire Explore2 parlent de changement futurs par rapport à la période 1976-2005 ? C’est quand même un peu ancien, et beaucoup plus ancien encore que le grimoire Explore2 lui-même.

Il y a plusieurs raisons à cela, la première étant que les projections climatiques sur cette période sont forcées par des observations de concentrations de gaz à effet de serre, ce qui en fait une période de référence naturelle avant de se plonger dans les scénarios – les fameux RCP – pour le reste du XXI\(^e\) siècle.

Mais vous disposez à présent de chroniques continues depuis 1976-2005… Vous pouvez donc calculer des changements entre 2 périodes quelles qu’elle soient, mais avec (1) des longueurs similaires, et (2) des longueurs de 20 à 30 ans (préférablement) ans pour que les moyennes temporelles veuillent dire quelque chose et asborbent la variabilité interannuelle du climat. Tant que ces périodes ont du sens pour vous.

Vous pouvez ainsi revenir de votre quête avec des changements entre un horizon 2050 (par exemple la période 2036-2065) et la période plus récente que 1976-2005 (et donc déjà plus chaude !) comme 1991-2020, sur laquelle sont calculées les dernières normales Météo-France et pour laquelle vous disposez de données autres que l’hydrologie naturelle : prélèvements, gestion des barrages, biodiversité aquatique, etc. Vous pourrez ainsi montrer des changements par rapport au climat de cette dernière période pour laquelle vous disposez d’informations pertinentes sur l’état de votre territoire.

Si vous avez lu – et compris – l’ensemble de ce livre, vous pouvez vous rendre à la section suivante

11 Analyser l’hydrologie future sur le territoire

14 Fin(s)